Почему НАСА намеренно совершило аварийную посадку на Марсе небесных кранов Curiosity и Perseverance?

Вкратце: с технологиями все может пойти не так в любой момент. Упрощайте и минимизируйте, где это возможно. Следите за призом.

Убегать!

Как только «шнур перерезан», кран представляет непосредственную угрозу для марсохода стоимостью 2,75 миллиарда долларов по нескольким причинам. Его гидразиновые монотопливные двигатели имеют горячий, неприятный, реактивный, ужасный выхлоп из-за неполного сгорания компонентов, движущихся с высокой скоростью, которые могут сжечь, повредить и загрязнить марсоход и его научные установки, поставив под угрозу всю миссию.

Он может даже столкнуться с марсоходом.

Чтобы свести к минимуму риск для миссии, как только шнур перерезан, важно как можно быстрее установить как можно большее расстояние между ними. Поскольку вездеход не может « убежать! », это должен сделать небесный кран. Любая задержка была бы безответственной.

Но почему крах? Почему бы не приземлиться мягко?

Количество топлива, которое останется после того, как марсоход будет выпущен, было непредсказуемым, возможно, при посадке произошло осознание местности очень поздно, а по мере того, как топливо заканчивается, двигатель может заглохнуть в любой момент.

Так что максимум "убегай!" используется ускорение, поэтому лучше всего используйте любое оставшееся топливо, и неважно, как скоро оно закончится или еще хуже; некоторые двигатели отключились, другие нет, и теперь корабль представляет собой неуправляемый горящий химический снаряд.

Из-за этой траектории ухода с высокой путевой скоростью (которая приземлилась на расстоянии 400 метров) мягкая посадка будет намного сложнее. Шансы малы и... по какой причине? После всех посадочных модулей и марсоходов, которые десятилетиями рыскали по Марсу, что именно этот пылающий высокоскоростной монстр, извергающий выхлопные газы, собирается внести в науку??

Вместо этого план состоял в том, чтобы сделать его простым.

С технологиями все может пойти не так в любой момент. Упрощайте и минимизируйте, где это возможно. Следите за призом. Все хорошо, что хорошо кончается и т.

Как получилось Curiosity?

После 3000 дней на Марсе, пройдя более 24 000 метров и сделав десятки тысяч снимков, бесчисленных лазерных выстрелов и бурения горных пород, никто не задумывается, что мог добавить небесный кран. Из этого ответа на вопрос «Где заканчивается MSL и начинается Curiosity?» :

Новое решение, разработанное командой MSL, они называют «небесным краном». После снижения его скорости за счет сочетания атмосферного трения, парашюта и тормозных ракет, ступень спуска с Curiosity, подвешенным к ней на нейлоновых тросах, будет использовать свои двигатели, чтобы по существу зависнуть, когда он опускает марсоход на поверхность — «способ посадка без посадки», — говорит Стивен Селл, отвечающий за проверку системы EDL. После приземления уздечка будет перерезана, и 6-секундное горение гарантирует, что ступень спуска рухнет примерно в 400 метрах. ( НАСА )

«Посадка без посадки» здесь ключевое слово. Большая часть цели Sky Crane состоит в том, чтобы предотвратить повреждение марсианской поверхности, которое неизбежно вызвали бы подушки безопасности / ретроусилители. Как только марсоход приземляется, он улетает как можно дальше, прежде чем у него кончится топливо и он разобьется. Попытка посадить кран или утяжелить его дополнительными инструментами сделает это намного сложнее и потенциально поставит под угрозу фактическую миссию, то есть марсоход.

Я предполагаю, что НАСА просто хочет сосредоточиться на марсоходе; создайте как можно более совершенную среду для посадки и исследования. Честно говоря, добавление к Sky Crane не принесет большой научной пользы, чтобы оправдать риск и дополнительные затраты, которые потребуются.

На Марс собирался только марсоход, все остальные части представляли собой «вспомогательный мусор», подлежащий утилизации. У сикрана/ступени спуска даже нет бортового компьютера: им управляет мозг марсохода! После перерезания шлангокабеля сработала очень простая логика на борту ДС: "подлететь несколько секунд, затем развернуться". Двигатель даже не управляется, он просто горит и горит, пока не кончится топливо.

Первую подсказку можно найти в ядрах NAIF SPICE типа "FK", тех, что описывают системы отсчета: и для MSL, и для MARS2020 они используют марсоход в качестве эталона для всех остальных "штуков":

http://naif.jpl.nasa.gov/pub/naif/MARS2020/kernels/fk/m2020_v02.tf

НАСА использует «ASCII arts» в ядрах специй FK, я перевел это на что-то более современное.

Нет: есть два кадра для вездехода: один для полета/посадки (M2020_ROVER), один для движения по поверхности (M2020_ROVER_MECH).

Но настоящий ключ к пониманию — вот эта диаграмма ( источник ):

• GNC расшифровывается как «Навигационный навигационный компьютер».
• DMCA расшифровывается как «Узел контроллера двигателя спуска», то есть «контроллер двигателя небесного крана».
• «X-fer» означает «перевод».

Через несколько миллисекунд после перерезания уздечек GNC завершает свою работу, потому что марсоход определенно приземлился, следовательно, GNC «выполнил» (свою работу): теперь пришло время передать («X-fer») управление этапом спуска от марсохода к этапу спуска. себя (DMCA).

События (для MSL):

Улетать

Как только приземление объявлено, DS [=Descent Stage = Skycrane] останавливает вертикальное движение, и тройные стропы перерезаются. BUD [устройство пуповины для уздечки] имеет встроенные втягивающие пружины для отвода теперь свободных уздечек от верхней деки Rover. В этот момент управление передается контроллеру Flyaway на DS [=DMCA] и выдается команда обрезать шлангокабель.

Как только контроллер полета на DS принимает на себя управление , он сначала удерживает текущую высоту в течение 187 мс, чтобы дать достаточно времени для перерезания шлангокабеля. По истечении необходимого времени удержания MLE [=двигатели марсианского посадочного модуля] дросселируют, и DS поднимается вертикально в течение заданного периода времени. Затем DS начинает выполнять разворот примерно до тангажа 45°. DS удерживает это положение с MLE на 100% до тех пор, пока не закончится топливо. Удержание, всплытие и поворот происходят в течение 2 секунд, а оставшееся время зависит от количества оставшегося топлива. Затем DS баллистически упадет на поверхность на расстоянии не менее 150 м от вездехода.

Примечание: шлангокабель не перерезается сразу вместе со стропами, потому что он используется после того, как марсоход отдает команду срезать стропы, чтобы передать управление небесному крану.

Примечание: в MARS2020, в отличие от MSL, шлангокабель не «перерезается», а отрывается небоскребом при подъеме.

Дополнительный источник (MSL) :

Улетный сегмент: E+431 сек (см. рис. 6).

После перерезания уздечки контроль над DS был передан DMCA . DS пролетел прямо над марсоходом, прежде чем развернуться на 45 градусов и оттолкнуться от места посадки. ДС улетел и врезался в поверхность Марса, как и планировалось, на безопасном расстоянии (650 м) от марсохода. После приземления компьютер марсохода переключился из режима EDL в режим наземных операций и начал автономное выполнение действий марсохода для 0-го сола. При приземлении марсохода местное время в кратере Гейла было 15:03 LMST.